Mars vernielt onze aardse wielen.
De banden van de Mars Curiosity-robot van NASA zaten na slechts een jaar uiterst behoedzaam voortbewegen met een snelheid van 1,5 km/h vol grote gaten. Ingenieurs van de NASA hebben daarom het wiel opnieuw uitgevonden.
Ze hebben een vrijwel onverwoestbaar metalen wiel ontworpen dat zijn ideale vorm kan “herinneren” en direct weer terugspringt in zijn oorspronkelijke vorm als hij beschadigd raakt.
Het ontwerp is gemaakt in het NASA Glenn Research Center in Cleveland, Ohio. Ingenieur Colin Creager en zijn collega’s hadden in eerste instantie al een stevig wiel gemaakt van verenstaal. Het model had veel grip in zacht zand en kon veel gewicht dragen, maar ook dat wiel bleef kwetsbaar op het ruwe terrein van Mars: “We stuitten altijd op dat ene probleem waarbij de wielen … zeg maar tanden in zich kregen”, legt Creager uit in een filmpje van de NASA.
Creager zocht contact met materiaalwetenschapper Santo Padula, die voorstelde een soort super-elastisch metaal te gebruiken dat zich zijn vorm herinnert. Ook na extreem te zijn verbogen of ingedeukt.
"Sindsdien werken we samen en kwamen we tot deze nieuwe band. We denken echt dat hij een revolutie gaat veroorzaken voor de wielen van ruimtevoertuigen en mogelijk ook voor banden op aarde", zegt Creager.
De marteling van rijden in de ruimte
De NASA is al sinds het begin van de jaren zestig van de vorige eeuw (bij het opstarten van het maanlandingsprogramma) bezig met banden die geschikt zijn voor in de ruimte.
Die inspanningen hebben geleid tot een soort hele stevige tractorwielen waar astronauten mee reden tijdens de missies van de Apollo 15, 16 en 17. Stevige metalen strips hielpen de banden voort te blijven bewegen in het zachte maanstof. Toch bleven ze last houden van kleine stenen.
Later zette de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie zijn banden op Mars, waarmee de ontwikkeling van wielen voor in de ruimte in een stroomversnelling kwam. De eisen die worden gesteld om de rode planeet te kunnen veroveren zijn afschrikwekkend.
- Alle terreinen: Mars is bedekt met zand, gravel, keien en puntige rotsen.
- Lichtgewicht: Het kost ongeveer 100.000 euro per kilo om op Mars te landen, dus elk grammetje telt.
- Duurzaam: Zonne- of kernenergie kunnen helpen om het meer dan tien jaar vol te kunnen houden op Mars.
- In staat om enorme temperatuurverschillen te overleven: Opgepompte rubberen banden houden het niet vol op een planeet waar nauwelijks lucht is en de temperaturen kunnen variëren van bijna -130 graden tot 21 graden Celsius.
Om het ruwe landschap van Mars aan te kunnen hebben de ontwerpers van de Curiosity aluminium wielen van 50 centimeter hoog gemaakt. Deze werden verstevigd met sterke ringen binnenin de velgen en aan de buitenkant. Het V-vormige profiel zorgde voor grip op de bodem en flexibele spaken aan de binnenkant moesten inklappen om schokken op te vangen.
Toch zag het projectteam in 2013, een jaar na de landing op Mars, zorgelijke gaten en krassen in de banden. Curiosity heeft nu de instructie om kleine puntige rotsen te vermijden om de schade te beperken, maar de wielen blijven slechter worden.
"Toen de wielen van dit huidige ruimtevoertuig zo beschadigd raakten, kwamen we tot de conclusie dat het de moeite waard was om nog eens heel goed naar het wiel te kijken en het geschikt te maken voor de toekomst", vertelt Creager tegen Business Insider.
Banden met een geweldig geheugen
Na jaren van onderzoek heeft het team gekozen voor een legering van nikkel en titanium.
In de zwaarste test tot nu toe hebben de wielen 10 kilometer gereden op moeilijk terrein, meer dan de helft van de totale afstand die Curiosity tot nu toe heeft afgelegd op Mars.
"De velg was een klein beetje beschadigd, maar de band zelf was nog zo goed als nieuw", zegt Creager said. Hij plaatste daar wel de kanttekening bij dat de test niet onder echte zware omstandigheden heeft plaatsgevonden.
"In theorie zouden ze goed moeten werken, maar de NASA is een cryogene testruimte aan het bouwen om te controleren of dat ook inderdaad het geval is bij lage temperaturen", zegt hij.
Nog een lange weg te gaan
Er zijn staan weer nieuwe en langere Mars-missies in de planning en daarmee neemt de druk op de NASA toe om nieuwe banden te ontwikkelen.
Het ruimtevoertuig Mars 2020 dat vrijwel identiek is aan de Curiosity, maar dan zwaarder, moet binnen een paar jaar worden gelanceerd.
Curiosity was nog niet uitgerust met de nieuwere wielen omdat deze nog niet klaar waren bij de lancering. Volgens Creager is het waarschijnlijk ook al te laat om de Mars 2020 te voorzien van de wielen, aangezien het ongelooflijk veel tests vergt om de betrouwbaarheid te bewijzen.
"Je kan zo een nikkel-titaniumlegering kopen, maar je kunt het niet zomaar gebruiken op Mars. Daar gaat een heel proces aan vooraf", zegt Creager. Zelfs nadat er al jaren aan gewerkt is "is er nog veel dat we moeten uitzoeken."
Wel kunnen ze de missie van 2024 halen. En daarbij hoeft het gebruik van de wielen zich niet te beperken tot de rode planeet. Creager, Abel en Padula werken samen met Goodyear om ze ook op aarde te gebruiken. Tot nu toe zijn op een Jeep gemonteerd en die kon makkelijk over rotsen heenrijden zonder dat er enige schade ontstond.
"Ik zie absoluut potentie voor toepassingen op ongeasfalteerde wegen en moeilijk begaanbaar terrein waar het risico op beschadigingen en lekke banden groot is, zoals bij militaire voertuigen", zegt Creager. "Maar ik zou het ook fantastisch vinden als de technologie gebruikt wordt voor particuliere auto's."
